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Asynchronous over Synchronous / 同期という思い込み 世界は非同...

kensh
January 20, 2024

Asynchronous over Synchronous / 同期という思い込み 世界は非同期で構成されている

サーバーレスサービスである API Gateway や Lambda を使って 同期的な REST API を構築されている方は多いのではないでしょうか。サーバーレスで REST APIをつくると、リクエストの分だけの課金であったり、デフォルトの可用性が与えられたりメリットは大きいです。ただし、サーバーレスの真価は非同期アーキテクチャにあります。このセッションではさまざまなサーバーレスの非同期パターンを紹介するとともに、実際の顧客事例においてどのようなユースケースで非同期系サーバーレスが利用されているかをご紹介いたします。

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January 20, 2024
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    rights reserved. 同期という思い込み 世界は⾮同期で構成されている 下川 賢介 A W S - 5 6 アマゾン ウェブ サービス ジャパン合同会社 サービス スペシャリスト統括本部 アプリケーション開発技術本部 サーバーレススペシャリスト
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    rights reserved. 下川 賢介 サービス スペシャリスト統括本部 アプリケーション開発技術本部 サーバーレス スペシャリスト Slides https://speakerdeck.com/_kensh Qiita https://qiita.com/_kensh
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    rights reserved. Agenda • ⾝近な話から • 今、⾮同期が求められている理由 • ⾮同期について • 世界は⾮同期で構成されている • ユースケースを交えた紹介
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    rights reserved. ⾝近な話から、、、
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    rights reserved. 皆さんの⽇常⽣活で ⾮同期になっているもの思い付きますか︖
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    rights reserved. 宅配で考えてみる / 在宅時は、、、 荷物を届ける 荷物を受け取れる
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    rights reserved. 宅配で考えてみる / 不在時は、、、 荷物を届ける 荷物を受け取れない
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    rights reserved. 宅配で考えてみる / 不在時は、、、 荷物を届ける 置き配ができれば
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    rights reserved. 宅配で考えてみる / 不在時は、、、 帰宅時に荷物を受け取れる 置き配ができれば ⾮同期
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    rights reserved. 皆さんの⽇常⽣活に ⾮同期は、ありふれている︖
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    rights reserved. 今、⾮同期が求められている理由
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    rights reserved. イノベーションループ Listen Idea Experiment イノベーション ループ 傾聴 アイデア 実験
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    rights reserved. アーキテクチャの結合度 ⼩さなピースに分けて ゆるく結合させたい
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    rights reserved. ⼩さなピースを API で結合してみる API API
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    rights reserved. ”デリバリー速度” の獲得 • マイクロサービスの最⼤のメリットは、ビジネス変化に対応する “デリバリー速度” の獲得 • でもAPIで作ったサービスは頻繁な変更に対応するのは難しい • なぜなら API には強いインターフェース契約があるから
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    rights reserved. 契約による結合 API API インターフェース契約 APIにはインターフェースを公開し 利用者に宣言する必要がある 利用者は公開者の宣言にしたがって 送信する義務を負う
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    rights reserved. 互いに依存する API API (API利用者 = クライアント) 契約を守らないと呼び出せない (API提供者) 契約を破棄できない 不自然な維持、冗長な拡張
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    rights reserved. 仕様と実装の乖離が許されない API = 契約 • 契約を記述する⼿段の進化 • 契約の配布や、スキーマレジストリ 管理のマネージド化 • 契約は公開されるが強制できるもの ではない • クローズドな API からオープンな API へ
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    rights reserved. 多様化、複雑化、膨⼤化する依存関係 API 互いに依存する 互いに依存する API
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    rights reserved. ”デリバリー速度” の獲得︖ 達成できたか︖
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    rights reserved. 同期的な API の課題 • 他サービスの障害に影響を受ける • 障害影響範囲 • 依存関係の同時デプロイ • クライアントへの統⼀した体験が提供しにくい • ノイジーネイバー対策 • ⾼スループット対策 • Quota / Throttle 管理 • HTTPリソースやメソッドごとに要件が複雑化 • 同⼀エンドポイントでも機能要件や、可⽤性・セキュリティなど⾮機能要件 が異なる
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    rights reserved. ”デリバリー速度” の獲得 / 再掲 • マイクロサービスの最⼤のメリットは、ビジネス変化に対応する “デリバリー速度” の獲得 • でもAPIで作ったサービスは頻繁な変更に対応するのは難しい • なぜなら API には強いインターフェース契約があるから そこで、”疎結合” にマイクロサービス を組み⽴てる ⾮同期に “ゆるく” 結合されたアーキテクチャ
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    rights reserved. API における様々な改善 / 補⾜ • サービスメッシュ • API ゲートウェイ • サーキットブレーカー • 集約ログ • ポリグロット • GraphQL • サービスディスカバリ (注意) 今回のセッションでは、⾮同期の理解の ためにあえて同期と⽐較をしていますが、 同期と⾮同期は、排他の関係ではなく、 通常は協調して利⽤します API の管理⽅法も進化していますので API の課題 がそのまま当てはまるわけではありません ※ 本⽇のセッションではAPIの管理⽅法の進化 については割愛
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    rights reserved. ”デリバリー速度” の獲得︖ 達成できたか︖ ⇨ ⾮同期アーキテクチャも 検討してみては︖︖
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    rights reserved. ⾮同期について
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    rights reserved. 応答性とサービス間依存度の違い API Event
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    rights reserved. 結合度を実例で確認 (同期API) • プロデューサと、 コンシューマが密結合 • 複数サービスが、 障害ポイント • サービスクオリティの 低いものが、全体の サービス品質を決定 • 外部への依存度が⼤きく、 拡張性が乏しい プロデューサ コンシューマ 😀 受注 サービス 発送 サービス 会計 サービス
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    rights reserved. 結合度を実例で確認 (同期API) プロデューサ コンシューマ 受注 サービス 発送 サービス 会計 サービス 😩 ダウンストリームの 障害に影響を受ける • プロデューサと、 コンシューマが密結合 • 複数サービスが、 障害ポイント • サービスクオリティの 低いものが、全体の サービス品質を決定 • 外部への依存度が⼤きく、 拡張性が乏しい
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    rights reserved. 結合度を実例で確認 (同期API) • プロデューサと、 コンシューマが密結合 • 複数サービスが、 障害ポイント • サービスクオリティの 低いものが、全体の サービス品質を決定 • 外部への依存度が⼤きく、 拡張性が乏しい プロデューサ コンシューマ 受注 サービス 発送 サービス 会計 サービス 在庫 サービス NEW NEW 😀 新サービス追加 コードの修正が必要
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    rights reserved. 結合度を実例で確認 (⾮同期Event) • プロデューサと、 コンシューマが疎結合 • 各サービスは独⽴ • 品質、可⽤性管理を独⾃ に実施可能 • 外部への依存度が、低い ため、拡張性が⾼い プロデューサ コンシューマ 😀 受注 サービス 発送 サービス 会計 サービス Event
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    rights reserved. 結合度を実例で確認 (⾮同期Event) • プロデューサと、 コンシューマが疎結合 • 各サービスは独⽴ • 品質、可⽤性管理を独⾃ に実施可能 • 外部への依存度が、低い ため、拡張性が⾼い プロデューサ コンシューマ 😀 受注 サービス 発送 サービス 会計 サービス Event ダウンストリームの 障害からの分離
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    rights reserved. 結合度を実例で確認 (⾮同期Event) • プロデューサと、 コンシューマが疎結合 • 各サービスは独⽴ • 品質、可⽤性管理を独⾃ に実施可能 • 外部への依存度が、低い ため、拡張性が⾼い プロデューサ コンシューマ 😀 受注 サービス 発送 サービス 会計 サービス Event 在庫 サービス コードの修正不要 新サービス追加時に Subscribeするだけ NEW
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    rights reserved. 世界は⾮同期で構成されている (顧客事例を添えて)
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    rights reserved. 世界は⾮同期で構成されている • ⾮同期レスポンスパターン • モバイル決済 • トラフィックのコントロール • プレイリスト配信サービス • 段階的なキャッシュ⽣成 • リアルタイムリコメンデーション • ⾮同期による分割統治 • POSデータ処理 • セキュアなアップローダー
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    rights reserved. ⾮同期レスポンスパターン
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    rights reserved. ⾮同期アーキテクチャによる応答の課題 • Client が受け取るのは、HTTP 202 Accepted であり、実際の 処理結果ではない • どのように Service B の処理結果 を受け取るか︖ HTTP 202 Accepted 直接の接続性はない
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    rights reserved. 国内⼩売企業 EC/モバイル決済の店舗への伝播処理 WebSocket 中継 EC / モバイル モバイルアプリでの キャッシュレス決済 Web での 事前注⽂ WebSocket 店舗POS 即時処理 逐次処理 コネクション管理 Amazon SQS Amazon API Gateway AWS Lambda Amazon DynamoDB
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    rights reserved. 国内⼩売企業 EC/モバイル決済の店舗への伝播処理 EC / モバイル モバイルアプリでの キャッシュレス決済 Web での 事前注⽂ 即時処理 逐次処理 Amazon SQS AWS Lambda
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    rights reserved. 国内⼩売企業 EC/モバイル決済の店舗への伝播処理 WebSocket 中継 WebSocket 店舗POS コネクション管理 Amazon API Gateway AWS Lambda Amazon DynamoDB
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    rights reserved. AWS Cloud コネクション管理 状態管理 KDDI様 auPAY サービスにおけるイベント駆動の決済完了通知サービス キャッシュレス決済処理の完了の 通知機能をサーバーレス実装 顧客体験向上 マネージド ⾃動リソース管理 スケーラビリティ 配信処理エラー率を⼤幅に改善 インシデント応答時間を 1/3 に短縮 サーバー台数の配慮不要の並列配信で - 同時配信実績: 50% 向上 - 単位処理時間: 1/2 未満に短縮 需要増における対応: これまでの 必要作業が⾃動化され、⼯数 ゼロ へ auPAY アプリ WebSocketによる 即時通知 決済完了したら APIをコール 決済完了通知 API 決済完了 状態を格納 完了更新イベントを受けて通知 決済処理システム 接続管理・通知 Streams API Gateway Lambda API Gateway Lambda DynamoDB
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    rights reserved. KDDI様 auPAY サービスにおけるイベント駆動の決済完了通知サービス auPAY アプリ 決済完了したら APIをコール 決済完了 状態を格納 決済処理システム API Gateway Lambda DynamoDB
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    rights reserved. コネクション管理 状態管理 KDDI様 auPAY サービスにおけるイベント駆動の決済完了通知サービス auPAY アプリ WebSocketによる 即時通知 決済完了通知 API 決済完了 状態を格納 完了更新イベントを受けて通知 接続管理・通知 Streams API Gateway Lambda DynamoDB
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    rights reserved. ⾮同期アーキテクチャによる応答の課題 / 再掲 • Client が受け取るのは、HTTP 202 Accepted であり、実際の 処理結果ではない • どのように Service B の処理結果 を受け取るか︖ HTTP 202 Accepted 直接の接続性はない
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    rights reserved. ⾮同期アーキテクチャによる応答の課題 / 再掲 • Client が受け取るのは、HTTP 202 Accepted であり、実際の 処理結果ではない • どのように Service B の処理結果 を受け取るか︖ • Websocket によるサーバーサイド Push HTTP 202 Accepted connected Push
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    rights reserved. API x Websocket による応答性向上 User API Gateway Mobile client サーバーサイドプッシュ Websocket 接続管理 $connect 処理 ⾮同期 SQS 同期
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    rights reserved. トラフィックのコントロール
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    rights reserved. トラフィック急増の課題 リクエストに応じて スケール プロビジョン オートスケール ハンドルできていないトラフィック 余剰リソース 余剰リソース
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    rights reserved. AI 処理 (学習・スコアリング) USEN様 「U MUSIC」AI によるチャンネル選曲とプレイリスト配信サービス 店舗DX :お店の雰囲気、時間帯、 天候に合わせた最適な BGM を提供 コスト最適化 ⾼⽣産性 数⼗万店舗のプレイリストの作成を 並列化し、1時間ごとに 5分 で完了 開発期間を 数ヶ⽉単位 で短縮 新サービスの迅速な展開を加速化 初期投資を 約 6000万円 削減 運⽤⼯数低減 → 中⻑期の維持費も削減 来店者 属性情報 楽曲情報更新 スケーラビリティ データ センター トークン管理 店舗 店舗のお客様 チャンネル情報更新 楽曲管理 配信処理 配信リスト取得 毎時、⾃動学習し 店舗ごとの リストを⽣成 AI 編成担当 チャンネル情報 天気情報 AWS Cloud Lambda SQS API Gateway Lambda SQS API Gateway
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    rights reserved. USEN様 「U MUSIC」AI によるチャンネル選曲とプレイリスト配信サービス 楽曲情報更新 データ センター 楽曲管理 配信処理 配信リスト取得 編成担当 チャンネル情報 Lambda SQS API Gateway Lambda SQS API Gateway
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    rights reserved. トラフィックの⽅向性 今回考えたいのは North-South Traffic 50 API Gateway client client client North-South Traffic East-West Traffic
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    rights reserved. Shift North • Traffic の終端をできるだけ North に寄せていく API Gateway client client client North South Traffic terminate
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    rights reserved. Shift North • Traffic の終端をできるだけ North に寄せていく • Queue や Stream で Traffic を 終端させて、HTTP status 202 Accepted を返却 API Gateway client client client North South Queue Stream Traffic terminate Shift North
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    rights reserved. Shift North • Traffic の終端をできるだけ North に寄せていく • Queue や Stream で Traffic を 終端させて、HTTP status 202 Accepted を返却 • CDN を前段に配置し Edge から の Cache を返却 client client client North South CDN Traffic terminate Shift North
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    rights reserved. 段階的なキャッシュ⽣成
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    rights reserved. キャッシュ有効期限を超えた場合の レスポンス低下 • キャッシュから応答できているうちは⾼速 • キャッシュ有効期限を超えた場合、オブジェクト⽣成して応答する ので遅延が顕著になる
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    rights reserved. Sansan 様 Eight における⼈物のリアルタイムリコメンデーション ͓஌Γ߹͍Ͱ͔͢ ໊ࢗަ׵ϦΫΤετΛૹ৴ͯ͠ɺ௥Ճ͠·͠ΐ͏ɻ ユーザーアクション 表⽰、クリック、 組織変更… Webサーバー ログ格納 分類、フィルタ 基礎 データ 洗い替え リコメンド計算/キャッシュ化 レーティング⽤データ作成(洗い替え時) レーティング⽤データ更新(随時更新: 10,000件/分) 計算のための キャッシュ処理 つながり度の計算 データ処理 (追加、更新) リアルタイム スコアリング 10万件/分 レーティング テーブル リコメンド結果 ⼀連のデータ処理フロー管理(Step Functions) Aurora Redshift Kinesis Data Streams S3 Bucket Data Pipeline SQS
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    rights reserved. Sansan 様 Eight における⼈物のリアルタイムリコメンデーション ͓஌Γ߹͍Ͱ͔͢ ໊ࢗަ׵ϦΫΤετΛૹ৴ͯ͠ɺ௥Ճ͠·͠ΐ͏ɻ ユーザーアクション 表⽰、クリック、 組織変更… Webサーバー リコメンド計算/キャッシュ化 リコメンド結果 HIT!
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    rights reserved. Sansan 様 Eight における⼈物のリアルタイムリコメンデーション ͓஌Γ߹͍Ͱ͔͢ ໊ࢗަ׵ϦΫΤετΛૹ৴ͯ͠ɺ௥Ճ͠·͠ΐ͏ɻ ユーザーアクション 表⽰、クリック、 組織変更… Webサーバー リコメンド計算/キャッシュ化 リコメンド結果 SQS 計算のための キャッシュ処理 つながり度の計算 Too Old!
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    rights reserved. キャッシュ更新指⽰を受けるキュー • 同期リクエスト応答には 有効期限切れオブジェクトを返却しつつ SQS に更新命令を送信 • SQS からトリガーされた Lambda は⾮同期に キャッシュを最新化 • 次回以降のキャッシュヒットでは有効期限内のオブジェクト応答 • ランキングやリコメンドなど、”厳密な最新さ” を求められない場合に 有効
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    rights reserved. Incremental Cache Generation (段階的なキャッシュ⽣成) User API Gateway Mobile client キャッシュ SQS Timestamp が許容範囲外なら キャッシュ応答後に SQS に更新指⽰ 同期 データストア 取得 ⾮同期 更新
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    rights reserved. ⾮同期による分割統治
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    rights reserved. ⼩さくて⼤量のタスクを捌きたい • Apache Spark など、専⾨性の⾼いエンジニアの確保が難しい • 再試⾏の管理を⼿軽にしたい
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    rights reserved. AWS Cloud 受取 ダイソー様 サーバーレスによるPOSデータ処理 • 5,000 を超える店舗、 70,000 以上の商品点数 • 今後のデータ増加に ⾃動でリソース拡張 それぞれの実際の負荷に応じて独⽴して⾃動で拡張/縮退 処理優先 or コスト優先で処理量の調整を設定可能 チェック ためる 参照更新 参照 コマンド クエリ SNS SNS SNS SQS SQS SQS SQS S3 Aurora S3
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    rights reserved. 受取 ダイソー様 サーバーレスによるPOSデータ処理 それぞれの実際の負荷に応じて独⽴して⾃動で拡張/縮退 処理優先 or コスト優先で処理量の調整を設定可能 SNS SQS S3
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    rights reserved. ダイソー様 サーバーレスによるPOSデータ処理 それぞれの実際の負荷に応じて独⽴して⾃動で拡張/縮退 処理優先 or コスト優先で処理量の調整を設定可能 チェック SNS SQS SQS
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    rights reserved. ダイソー様 サーバーレスによるPOSデータ処理 それぞれの実際の負荷に応じて独⽴して⾃動で拡張/縮退 処理優先 or コスト優先で処理量の調整を設定可能 ためる コマンド SNS SQS SQS SQS
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    rights reserved. ダイソー様 サーバーレスによるPOSデータ処理 それぞれの実際の負荷に応じて独⽴して⾃動で拡張/縮退 処理優先 or コスト優先で処理量の調整を設定可能 参照 クエリ SQS SQS Aurora S3
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    rights reserved. 横浜ゴム様 需給管理システムのサーバーレス実装 コア業務を内製で再構築 • コア業務のロジックを⾃社で 理解し、差別化機能にする • 運⽤⼯数の省⼒化は必達事項 スケーラビリティ コスト最適化 変更容易性 - 今後の対象拠点の拡⼤展開を ⾒据えたデータ増加に対処可能 - 事業部の要望やデータ構造の 変更に短期での対応が可能 - サーバー運⽤⼯数省⼒化 - ランニングコストの⼤幅な削減 定期実⾏ 最終出⼒結果 中間作業データ データ 準備 データ 整形 集計 最⼤ 50 並列化実⾏ Step Functions 可視化ツール (tableau) オンプレミス 業務担当者 集計 データ 加⼯ 加⼯ / 集計フロー Amazon Athena 各拠点の販売計画・⽣産・在庫データ
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    rights reserved. 横浜ゴム様 需給管理システムのサーバーレス実装 最終出⼒結果 中間作業データ データ 準備 データ 整形 集計 最⼤ 50 並列化実⾏ Step Functions 集計 データ 加⼯ 加⼯ / 集計フロー
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    rights reserved. 最近の軽量 Map Reduce は Step Functions で "Game Number", "Game Length" 1, 30 2, 29 3, 31 4, 16 ‥ S3 に置かれた CSV ファイル内のデータにビジネスロジックを適⽤して処理を⾏う
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    rights reserved. 最近の軽量 Map Reduce は Step Functions で S3 に置かれた CSV ファイル内のデータにビジネスロジックを適⽤して処理を⾏う "Game Number", "Game Length" 1, 30 2, 29 3, 31 4, 16 ‥
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    rights reserved. 各イテレーションの実⾏ステータスの確認 ※ DescribeMapRun API でも取得可能
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    rights reserved. セキュアなアップローダー
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    rights reserved. API Gateway でのアップローダーについての課題 • API Gateway には ペイロードサイズ 10 MB 制限が
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    rights reserved. コーセー様 複数の個別カウンセリングアプリを短期間で開発 顧客体験向上のための診断機能付き 個別アプリを半年で 7 本リリース ⾼⽣産性 スケーラビリティ 共通機能を SAM テンプレート化し 個別アプリをそれぞれ 1、2ヶ⽉で構築 お客様の利⽤が増加しても対応可能 (容量⾒積もりの時間短縮に貢献) ファイアウォール SAM テンプレート化 → 個別アプリを迅速展開 マネージド 業務注⼒ 顧客体験の向上・改善に集中 アプリの運⽤・維持をクラウドに移譲 問診・商品リコメンド 画像解析 カウンセリング 画像 アップロード キューにある 処理要求を取得 解析結果 データ ステート更新 キューに配置 解析結果取得 VPC コーセー HADA mite SEKKISEI 透明感測定 ログ処理 API Gateway S3
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    rights reserved. コーセー様 複数の個別カウンセリングアプリを短期間で開発 問診・商品リコメンド カウンセリング 解析結果取得 コーセー HADA mite API Gateway
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    rights reserved. コーセー様 複数の個別カウンセリングアプリを短期間で開発 画像 アップロード キューに配置 コーセー HADA mite S3
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    rights reserved. アップローダーとしての⾮同期パターン • API Gateway には ペイロードサイズ 10 MB 制限が • API Gateway は read / command に専念 • 署名付き URL を発⾏することで、S3 に対するアップロード • write / upload / event は S3 を対象にすることでスケール • 署名付きなのでセキュア • 署名付き URL を取得できるクライアントは API Gateway 経由で認証済み
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    rights reserved. Amazon S3 署名付き URL User API Gateway Lambda Mobile client S3 認証 同期 署名付き URL 登録 SQS Lambda 処理 バッファ HTTPS リクエスト ⾮同期 署名付き URL の発⾏
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    rights reserved. まとめ • API Gateway + Lambda で、同期的な REST API を⽣成という以外の、 サーバーレス⾮同期パターンも重要 • 同期、⾮同期は排他的ではなく⼀緒に合わせて使える • 多くのエンタープライズ企業で、⾮同期アーキテクチャが導⼊されている • ⾮同期は、障害影響の分離を可能にし、デプロイ依存関係の解消にも役⽴つ ⾮同期処理は 世界中でどこにでもある、 ありふれた アーキテクチャ パターン ということ
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    rights reserved. 世界は⾮同期で満ちている 同期という思い込みを捨てて、⾮同期へ︕
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    rights reserved. Thank you! Kensuke Shimokawa Slides https://speakerdeck.com/_kensh Qiita https://qiita.com/_kensh